纳米线修饰的石墨烯及其制造和使用方法_2

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)在惰性氮气气氛下旋转涂覆和退火~1分钟,然后在环境条件下 退火9分钟;(d)在环境条件下进行旋转涂覆和退火;(e)在环境条件和惰性氮气气氛下比 较了在旋转涂覆的化0晶种层上生长的ZnO纳米线,说明了在惰性气氛下实现了更均匀的 生长。作为此分析的结果,ZnO晶种层按W下方式来进行优化,将在2-甲氧基己醇中的醋酸 锋二水合物按照4000rpm旋转涂覆60s和在175°C在惰性氮气气氛下进行退火。该晶种层 的沉积进行了两次W确保完全覆盖。通过在惰性氮气气氛下进行旋转涂覆和通过在环境条 件下进行退火所制备的化0晶种层,在大面积上导致ZnO纳米线阵列排列良好、生长均匀。
[0022] 图10表示,在石墨締/P邸0T:PEG(PC)/Zn0晶种层(退火在不同的温度)上生长 的ZnO纳米线的沈M图像。(a)在石墨締/P邸0T:PEG(PC)/ZnO晶种层上生长的ZnO纳米线 的形态(在175 °C退火)是相对光滑的。化)相比之下,在石墨締/P邸0T:PEG(PC)/ZnO晶 种层上生长的ZnO纳米线形态(在250°C退火)是显著起皱的,该是由于PED0T:PEG(PC)在 升高的温度会热降解。
【具体实施方式】
[0023] 因此,石墨締和半导体纳米线的性能结合能够提供一种独特的平台,该平台用于 使得纳米结构的太阳能电池发展出优异的透明度和柔初性,W及改进的稳定性。
[0024] 用于光电应用的单晶半导体纳米线可W通过各种技术来生长,该些技术包括金属 有机气相取向生长(M0VPE)、分子束取向生长和基于溶液的水热工艺。该些方法使得纳米 线能够直接生长在各种导电基板如侣巧或ITO上W及在成本有效的柔性基板上。然而,直 接在原始石墨締上生长1D半导体纳米结构且不会削弱它的电子和结构性能是一直具有挑 战性的,该归因于石墨締稳定和惰性的SP2-杂化结构。例如,ZnO纳米线在石墨締上的高温 (~400°C)M0VPE生长,要求对石墨締基板进行破坏性的氧等离子体处理,从而打破SP2杂 化的石墨締表面和产生作为ZnO纳米线成核点的阶跃边沿(参考文献19-20)。
[00巧]关于图1,是一种透明光伏设备,其包括基板(如石英)支持石墨締层,在其上布置 有一个或多个中间层。至少一个中间层包括导电聚合物。多个半导体纳米线在所述一个或 多个中间层上来配置。将光活性材料沉积在半导体纳米线上。将传导层(如,包括Mo〇3和 Au层)布置在此结构上。
[0026]"导线"一般表示任何具有任何半导体或任何金属的导电性的材料,并且在一些实 施方案中能够连接两个电子组件W使得它们互相电连通。例如,术语"电传导性"或"导体" 或"电导体",当结合"导电"导线或纳米级导线使用时,则表示该导线传递电荷的能力。优 选的导电材料的电阻低于约1(T3,更优选低于约1(T4并且最优选低于约1(T6或l(T7Qm。
[0027]"纳米观导线"(本文中也已知为"纳米观-级导线"或"纳米级导线"或简化为"纳 米线")通常是一种导线,其在沿着它的长度的任何点,具有的至少一个的横截面尺寸(W 及在一些实施方案中,两个正交的横截面尺寸)低于1ym、低于约500皿,低于约200皿,低 于约150皿,低于约100皿,低于约70,低于约50皿,低于约20皿,低于约10皿,甚至低于约 5nm。纳米级导线的至少一个横截面尺寸的范围可W为0. 5nm到200nm。当纳米级导线描述 为例如具有巧和外部区域时,上述尺寸通常设及巧的尺寸。细长半导体的横截面可W具有 所有任意形状,包括但不限于,圆形,正方形,长方形,管形或者楠圆形,并可W具有规则或 不规则的形状。
[0028] 用于形成纳米线的示例材料包括含主族和金属原子元素、过渡金属的导线,神化 嫁、氮化嫁、磯化铜、错、砸化簡的结构。
[0029] 纳米线可W包括元素半导体,例如8;[、66、5]1、56、16、8、"即金刚石)或?。纳米 线可W包括元素半导体的固溶体,例如B-C、B-P炬Pe)、B-Si、Si-C、Si-Ge、Si-Sn或 Ge-Sn。
[0030]纳米线可W包括族III-族V半导体,例如BN、BP、BAs、AlN、AlP、AlAs、AlSb、GaN、 GaP、GaAs、Ga訊、InN、InP、InAs或In訊。纳米线可W包括两种或更多种族III-族V的合 金。纳米线可W包括II族-VI族的半导体,例如化0、&iS、aiSe、ZnTe、CdS、CdSe、CdTe、HgS、 H拆6、化16、865、8656、86了6、1拆或1肖56。纳米线可^包括两种或更多种族11-组¥1的半 导体的合金。纳米线可W包括族II-组VI的半导体和族III-族V半导体的合金。纳米线 可W包括族IV-族VI的半导体,例如,GeS、GeSe、GeTe、SnS、SnSe、SnTe、PbO、PbS、PbSe或 PbTe。纳米线可W包括族I-族VII的半导体,例如,化F、化Cl、化化、化1、A评、AgCl、A浊r 或Agl。纳米线包括的半导体,可W例如为;BeSiN2、CaCN2、&iGeP2、CdSnAs2、ZnSnSb2、CuGeP3、 化SigPs、(化,Ag) (A1,Ga,In,T1,FeHS,Se,Te)2、SigN*、GegN*、AI2O3、(A1,Ga,In)2(S,Se,Te)3 或AI2CO。
[0031] 各种各样的该些和其他纳米级导线可W按照对于电子设备是有用的图案的方式 来生长在和/或施加在其表面上。纳米级导线可W是至少lOOnm、至少200nm、至少300nm、 至少400皿、至少500皿、至少lym、至少Sum,至少Sum或者至少10或20ym长。纳米 级导线在厚度(高度和宽度)上可W是低于约100皿,低于约75皿,低于约50皿,或低于约 25nm。该导线的长宽(长度与厚度)比可W至少约2:1,大于约10:1或大于约100:1。
[0032] 半导体纳米线,例如,如ZnO或者Ti化可W在石墨締上通过水热方法来生长。具 体而言,半导体纳米线可W与石墨締电连接,且既不会削弱石墨締的电性能也不会削弱半 导体纳米线的电性能。半导体纳米线的水热制造方法描述于参考文献22-24中。
[0033] 在一些实施方案中,氧化锋狂nO)纳米线会是有利的,该是由于其在大面积上具 有低温可加工性,其还具有结构稳定性,W及其与石墨締具有优异的晶格匹配(参考文献 25)。
[0034] 如果石墨締在半导体纳米线在该石墨締层上生长之前设置有界面修饰,则可W增 强石墨締上的纳米线的电性能,具体而言,增强石墨締上的纳米线的电极的电性能。引入此 类电极(如作为阴极)的混合太阳能电池,可W通过将溶液处理的光活性材料(如半导体 纳米晶体(量子点(孤),共辆聚合物)用作空穴传输层和将半导体纳米线用作电子传输层 来制造。
[0035] 该界面修饰可W包括施加一个或多个中间层,该中间层桥接石墨締层和半导体纳 米线。该中间层可W包括润湿石墨締表面的材料;该中间层的表面,相比于石墨締层而言, 更加化学相容于半导体纳米线;而且其促进了石墨締和半导体纳米线之间的电连接(如电 荷转移)。
[0036] 该中间层(至少一个)可W包括一种或多种导电或半导体聚合物,从而促进在石 墨締和半导体纳米线之间的电连接。中间层(至少一个)可W包括其他材料,例如其他聚合 物,来促进石墨締表面的润湿性和增强化学相容性。中间层可W通过简单的基于溶液的方 法来沉积,例如在合适的溶剂中进行的聚合物溶液的旋转涂覆。该溶剂可W根据它的溶解 中间层材料(至少一种)的能力和根据它的石墨締润湿性能来选择。例如,硝基甲烧可W 是用于阳DOT:阳G(PC)((聚化4-亚己基二氧基唾吩)-嵌段-聚(己二醇)(P邸0T:PEG), 其渗杂有高氯酸盐(PC))的合适的溶剂,而己二醇单了基離(如,作为与水的混合物)可W 是RG-1200(横化聚(唾吩-3-[2-(2-甲氧基己氧基)己氧基]-2, 5-二基))的合适的溶 剂。中间层修饰的石墨締还可W使用均匀沉积的半导体纳米线来修饰。例如,参见(附图 1C-1 巧。
[0037] 用于石墨締的中间层可W通过选择润湿石墨締表面的材料来择取,可W提供与随 后层化学相容的表面,而且使得在接口处能够进行电荷转移(例如,通过匹配石墨締和其 他载体的功函(work化nction))。例如,能够溶解在溶剂中的可溶解聚合物适合于在石墨 締表面上进行旋涂。可溶解聚合物可W是在溶剂(例如,己二醇单了基離/水或硝基甲烧) 中可溶解的聚唾吩衍生物,从而在石墨締表面顶部形成均匀膜。聚唾吩衍生物可W是烷基 (如,C1-C16)或烷氧基(如,C1-C16烷氧基),或多烷氧基(如,C1-C16,其包括一个、二 个、=个或者四个中断的氧原子)。基于聚唾吩的导电聚合物具有对于石墨締表面的良好
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